鈉離子交換法在平陰縣自來水生產中的應用

董麗華，宋廣波

（平陰縣自來水公司，山東 濟南 250400）

平陰縣城區飲用水水源地位于縣城西部的平陰鎮凌莊村和前寨村，共4眼井，每眼井每小時上水量為200t/h，深度達400m左右。設計供水能力為20000m3/d。水源水通過一條DN500球墨鑄鐵管輸送至黃河水廠，在此經過處理后加壓送至縣城供水管網到用戶。水源地周邊裸露灰巖為奧陶紀底層，大部分為奧陶紀下統白云質灰巖，地表溶溝、溶槽、節理裂隙及層間裂隙發育，局部為奧陶紀中統灰色致密塊狀石灰巖。

經對水源水進行檢測，水的總硬度超標，總硬度為540mg/L（根據GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》，自來水總硬度應控制在450mg/L以下）。水質硬度過大，飲用后對人體健康有一定影響。

隨著縣城經濟的飛速發展，人們生活水平有了很大提高，對飲用水水質要求也不斷提高。為此，平陰縣自來水公司應用鈉離子交換法軟化自來水實施供水生產水質處理工藝改造，以適應城市發展并滿足居民生活質量不斷提高的需要，保障全縣人民的身體健康。

1 鈉離子交換法工藝簡介

鈉離子交換法的工作原理是當含有硬度離子的原水通過交換器樹脂層時，水中的鈣離子Ca2+、鎂離子Mg2+與樹脂內的鈉離子Na+發生置換，樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進入水中，從而產出去除了硬度離子的軟化水。隨著交換過程的不斷進行，樹脂中Na+全部被置換達到飽和后就失去了交換功能，此時使用NaCl溶液對樹脂進行再生，將樹脂吸附的Ca2+、Mg2+置換下來，樹脂重新吸附了鈉離子，恢復了軟化交換能力。

2 鈉離子交換法的應用

2.1 工程概述

平陰縣自來水公司結合平陰縣城水資源現狀，采用軟化器進行離子交換產出軟化水，再混和水源水的方法來降低自來水的總硬度。

該項目設在水源地與黃河水廠中間的DN500輸水管道旁，在輸水主管道上間隔15m開2個DN200的三通口，一個作為全自動軟化器進水管，一個作為出水管。通過進水管將其中的部分原水經增壓泵組加壓后經旋流除沙器進入樹脂罐中進行軟化，處理后的硬度為小于5mg/L，然后將處理后的軟化水重新進入DN500的主管道中與原水進行充分混合。通過實時檢測水的硬度來控制軟化水出水量使混合水的總硬度達到450mg/L以下。同時，在DN500主管道軟化器進、出水管之間分別加閘閥、止回閥各1個，以防止軟化水倒流，造成資源浪費。

2.2 主要技術參數

該公司采用200m3/h全自動軟化器，共2套美國富萊流量型控制器，每套控制2個罐，共4個罐，其中每罐運行出力50m3/h。該系統采用單流量計先后再生控制系統。兩罐同時供水工作，當流量計回零時，主罐開始再生。一旦主罐返回工作運行狀態，副罐開始再生?？筛鶕挠捕群陀盟|及水量，運行時并聯使用，分別再生，錯時運行，處理后可達5mg/L以下，兩組通過開關閥全自動運行來實現設備反洗—吸鹽—正洗—運行等過程的切換。

1）增壓泵組。為了保證全自動軟化水設備的“反洗—吸鹽—正洗—運行”正常進行，需要對原有自來水的壓力進行增壓，使設備的運行壓力保持在0.2～0.4MPa范圍內。

2）旋流除沙器。利用旋轉離心力原理，使原水中沙粒從水中分離出來，以保護交換樹脂，增加其軟化出水能力，減少運行費用。

3）美國富萊流量型控制器。采用美國富萊生產的全自動多路控制閥，來完成樹脂的自動再生，實現系統長期穩定運行。

鈉離子交換器出水管上的傳感流量計隨機收集輸出水量信息并及時輸入電腦，經儲存、運算后，發出指令給多路通伺服閥或電磁閥進行相應的操作。同時，又把相關信息同步反饋回微電腦。

系統需要再生時，電腦控制電磁閥切斷出水管通路，預置程序的定時啟動，使反洗—吸鹽—正洗—運行等工藝準確無誤地操作。微電腦可根據用戶的需要進行優化預置。

4）排水池及排水泵。排水池主要是收集軟化水設備在反洗過程中排除的廢水。排水泵的作用是將排水池中的水增壓，并排放至指定位置。

在水池中設置液位控制裝置，在高水位時開啟排水泵，向外排水，當達到低水位時停止運行，使水池中的水位保持在一定范圍內。

3 運行狀況及效果

本套200m3/h全自動軟化器水處理系統通過一段時間的運行，該公司安排技術科、生產調度中心和水質檢測中心3個科室抽專人聯合對設備運行狀況、加鹽量、排水情況、水質總硬度情況等進行了全過程的跟蹤調查研究，初步取得了一定的科研數據。

3.1 運行狀況

1）設備良好，運行穩定，無一事故發生。

2）加鹽量。可根據水質監測的結果進行適度調整，最大程度上節約了成本。

3）排水情況分析。可根據排水口的出水量來確定該罐正處在哪個工作程序中。當設備進入再生狀態時，排水量較大；進入吸鹽狀態時，排水量變?。ㄅc反洗時排水量相差非常明顯）；進入正洗狀態時，排水量又變大，與反洗狀態時差不多。

如何判斷反洗、正洗的狀態，可通過鹽箱內的鹽水量來分析。鹽箱內有鹽水時，即是反洗狀態；反之，鹽箱內無鹽水時，則證明設備正處于正洗狀態。

還有另一種方法可判斷設備運行狀態，即通過“機頭”上的流量盤的指示來判斷。但是此方法較麻煩，需工人上至樹脂罐頂部打開“機頭”查看，一般不采用。

3.2 運行效果

通過近段時間的運行及測試結果來看，滿負荷運行處理后的水質硬度控制在280～320mg/L之間，均在國家生活飲用水標準要求的水總硬度小于450mg/L范圍之內。

燒開自來水進行對照比較，比原來沒處理的原水明顯優質：肉眼可見物明顯減少，沒有沉淀物和懸浮物，口感也有很大好轉，沖茶水口感尤佳。

3.3 經驗總結

1）根據實時水質監測結果，可通過調整美國富萊流量型控制器“流量”控制全部工作程序，可連續(或間斷)供軟化水，進而將自來水的總硬度控制在一個合理的數值范圍內。

流量控制器可設定最大制水量，以此自行設定再生程序。當制水量達到限定額時，設備立即啟動再生裝置而轉入再生。流程的時間長短、流量（流速）大小，均有可調節性。

2）增壓泵壓力的設定可以根據實際運行的需要來確定。在滿足出水要求的前提下，盡量降低增壓泵的運行壓力，以達到節能降耗的目的。這些需要在實際的運行過程中，根據運行情況，不斷摸索，總結出最佳運行狀態。

3）鹽箱加鹽量的大小以及軟化水摻和量的大小，可以在設備運行的過程中，根據水質化驗的結果加以控制，不斷調節加鹽量和軟化水的摻和量，以達到節能減排，保護資源的目的，使整套設備能夠以最小的成本，達到最大的效果。

4 結語

該工藝在保證出水水質達標的前提下，采用對部分水源水進行軟化，然后再進入輸水管網進行充分混合的方法，降低了水的總硬度，有效減少了處理水量，大大節省了運行費用，具有很高的經濟價值，值得加以推廣。系統投入運行后，取得了較好的效果，用水安全和飲水質量得到大大的提高。但是運行管理經驗還需要各地根據水源水的不同情況，不斷摸索和積累，進一步達到節能降耗的目的，在保證居民生活、生產用水的同時，為當地經濟的發展做出供水行業應有的貢獻。